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7: Piante da seme - Biologia

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7: Piante da seme

90 piante da seme: angiosperme

Dal loro inizio umile e ancora oscuro durante il primo periodo giurassico (202-145,5 anni fa), le angiosperme, o piante da fiore, si sono evolute con successo per dominare la maggior parte degli ecosistemi terrestri. Le angiosperme comprendono un numero impressionante di generi e specie con oltre 260.000 specie, la divisione è seconda solo agli insetti in termini di diversificazione (Figura 1).

Figura 1: Questi fiori crescono in un orto botanico a Bellevue, WA. Le piante da fiore dominano i paesaggi terrestri. I colori vivaci dei fiori sono un adattamento all'impollinazione da parte di insetti e uccelli. (credito: Myriam Feldman)

Il successo delle angiosperme è il risultato di due nuove strutture che assicurano il successo riproduttivo: fiori e frutti. I fiori hanno permesso alle piante di formare relazioni evolutive cooperative con animali, in particolare insetti, per disperdere il loro polline nei gametofiti femminili in modo altamente mirato. I frutti proteggono l'embrione in via di sviluppo e fungono da agente di dispersione. Diverse strutture sui frutti riflettono le strategie di dispersione che aiutano con la diffusione dei semi.


Evoluzione delle Gimnosperme

Figura 2. Questa foglia fossilizzata proviene da Glossopteris, un seme di felce che prosperò durante l'età del Permiano (290-240 milioni di anni fa). (credito: DL Schmidt, USGS)

La pianta fossile Elkinsia polymorpha, una “felce da seme” del periodo Devoniano, circa 400 milioni di anni fa, è considerata la prima pianta da seme conosciuta fino ad oggi. Le felci da seme (Figura 2) hanno prodotto i loro semi lungo i loro rami senza strutture specializzate. Ciò che le rende le prime vere piante da seme è che hanno sviluppato strutture chiamate cupule per racchiudere e proteggere il ovulo-il gametofito femminile e i tessuti associati, che si sviluppa in un seme dopo la fecondazione. Le piante da seme che ricordano le moderne felci arboree divennero più numerose e diverse nelle paludi carbonifere del periodo Carbonifero.

I reperti fossili indicano che le prime gimnosperme (progimnosperme) ebbero origine molto probabilmente nell'era paleozoica, durante il medio Devoniano: circa 390 milioni di anni fa. Dopo i periodi umidi del Mississippian e della Pennsylvania, che erano dominati da felci giganti, il periodo Permiano fu secco. Questo ha dato un vantaggio riproduttivo alle piante da seme, che sono più adatte a sopravvivere a periodi di siccità.

Figura 3. Questa foresta boreale (taiga) ha piante basse e alberi di conifere. (credito: L.B. Brubaker, NOAA)

I Ginkgoales, un gruppo di gimnosperme con una sola specie sopravvissuta: la ginkgo biloba—furono le prime gimnosperme ad apparire durante il Giurassico inferiore. Le gimnosperme si sono espanse nell'era mesozoica (circa 240 milioni di anni fa), soppiantando le felci nel paesaggio e raggiungendo la loro più grande diversità durante questo periodo. Il periodo giurassico era tanto l'età delle cicadee (gimnosperme simili a palme) quanto l'età dei dinosauri. Anche i gingkoales e le conifere più familiari punteggiavano il paesaggio. Sebbene le angiosperme (piante da fiore) siano la principale forma di vita vegetale nella maggior parte dei biomi, le gimnosperme dominano ancora alcuni ecosistemi, come la taiga (foreste boreali) e le foreste alpine a quote più elevate (Figura 3) a causa del loro adattamento al freddo e condizioni di crescita secca.

Semi e polline come adattamento evolutivo alla terraferma

A differenza delle spore di briofite e felci (che sono cellule aploidi dipendenti dall'umidità per il rapido sviluppo dei gametofiti), i semi contengono un embrione diploide che germinerà in uno sporofito. Il tessuto di riserva per sostenere la crescita e un rivestimento protettivo conferiscono ai semi il loro vantaggio evolutivo superiore. Diversi strati di tessuto indurito impediscono l'essiccazione e liberano la riproduzione dalla necessità di un costante apporto di acqua. Inoltre, i semi rimangono in uno stato di dormienza, indotto dall'essiccazione e dall'ormone acido abscissico, fino a quando le condizioni per la crescita non diventano favorevoli. Soffiati dal vento, galleggianti sull'acqua o portati via dagli animali, i semi sono sparsi in un'area geografica in espansione, evitando così la competizione con la pianta madre.

Figura 4. Questo polline fossilizzato proviene da un nucleo di palude di Buckbean trovato nel Parco Nazionale di Yellowstone, nel Wyoming. Il polline è ingrandito 1.054 volte. (credito: R.G. Baker, dati USGS scale-bar di Matt Russell)

I grani di polline (Figura 4) sono gametofiti maschili e sono trasportati dal vento, dall'acqua o da un impollinatore. L'intera struttura è protetta dall'essiccazione e può raggiungere gli organi femminili senza dipendere dall'acqua. I gameti maschili raggiungono il gametofito femminile e il gamete della cellula uovo attraverso un tubo pollinico: un'estensione di una cellula all'interno del grano pollinico. Lo sperma delle moderne gimnosperme è privo di flagelli, ma nelle cicadee e nelle Gingko, gli spermatozoi possiedono ancora flagelli che gli permettono di nuotare lungo il tubo pollinico al gamete femminile invece sono racchiusi in un granello di polline.


Contenuti

Botanica antica Modifica

Ci sono prove che gli esseri umani usassero le piante già 10.000 anni fa nella valle del fiume Little Tennessee, generalmente come legna da ardere o cibo. [6] La botanica è nata come erboristeria, lo studio e l'uso delle piante per le loro proprietà medicinali. [7] La ​​prima storia documentata della botanica include molti scritti antichi e classificazioni delle piante. Esempi di primi lavori botanici sono stati trovati in testi antichi dell'India risalenti a prima del 1100 a.C., [8] [9] Antico Egitto, [10] in scritti avestici arcaici e in opere provenienti dalla Cina presumibilmente prima del 221 a.C. [8] [11]

La botanica moderna fa risalire le sue radici all'antica Grecia in particolare a Teofrasto (c. 371–287 a.C.), uno studente di Aristotele che inventò e descrisse molti dei suoi principi ed è ampiamente considerato nella comunità scientifica come il "Padre della botanica". [12] Le sue opere maggiori, Inchiesta sulle piante e Sulle cause delle piante, costituiscono i più importanti contributi alla scienza botanica fino al Medioevo, quasi diciassette secoli dopo. [12] [13]

Un'altra opera dell'antica Grecia che ha avuto un primo impatto sulla botanica è De Materia Medica, un'enciclopedia in cinque volumi sulla medicina erboristica scritta a metà del I secolo dal medico e farmacologo greco Pedanius Dioscorides. De Materia Medica è stato ampiamente letto per più di 1.500 anni. [14] Importanti contributi dal mondo musulmano medievale includono Ibn Wahshiyya's Agricoltura nabatea, Abū Ḥanīfa Dīnawarī (828–896) il Libro delle piante, e Ibn Bassal's La classificazione dei suoli. All'inizio del XIII secolo, Abu al-Abbas al-Nabati e Ibn al-Baitar (m. 1248) scrissero di botanica in modo sistematico e scientifico. [15] [16] [17]

A metà del XVI secolo furono istituiti orti botanici in alcune università italiane. L'orto botanico di Padova del 1545 è generalmente considerato il primo che si trova ancora nella sua posizione originale. Questi giardini continuavano il valore pratico dei precedenti "giardini fisici", spesso associati ai monasteri, in cui le piante venivano coltivate per uso medico. Hanno sostenuto la crescita della botanica come materia accademica. Sono state tenute conferenze sulle piante coltivate nei giardini e sui loro usi medici dimostrati. I giardini botanici arrivarono molto più tardi nell'Europa settentrionale, il primo in Inghilterra fu l'Orto botanico dell'Università di Oxford nel 1621. Per tutto questo periodo, la botanica rimase saldamente subordinata alla medicina. [18]

Il medico tedesco Leonhart Fuchs (1501–1566) fu uno dei "tre padri tedeschi della botanica", insieme al teologo Otto Brunfels (1489–1534) e al medico Hieronymus Bock (1498–1554) (chiamato anche Hieronymus Tragus). [19] [20] Fuchs e Brunfels si staccarono dalla tradizione di copiare opere precedenti per fare proprie osservazioni originali. Bock ha creato il proprio sistema di classificazione delle piante.

Il medico Valerius Cordus (1515-1544) scrisse un'erboristeria botanicamente e farmacologicamente importante Historia Plantarum nel 1544 e una farmacopea di perdurante importanza, la Dispensatorio nel 1546. [21] Il naturalista Conrad von Gesner (1516–1565) e l'erborista John Gerard (1545–c. 1611) pubblicarono erbari che trattavano gli usi medicinali delle piante. Il naturalista Ulisse Aldrovandi (1522-1605) era considerato il padre della storia naturale, che comprendeva lo studio delle piante. Nel 1665, usando un primo microscopio, Polymath Robert Hooke scoprì le cellule, un termine da lui coniato, nel sughero e poco tempo dopo nel tessuto vegetale vivente. [22]

Botanica della prima età moderna Modifica

Nel corso del XVIII secolo furono sviluppati sistemi di identificazione delle piante paragonabili alle chiavi dicotomiche, in cui le piante non identificate sono collocate in gruppi tassonomici (ad esempio famiglia, genere e specie) effettuando una serie di scelte tra coppie di caratteri. La scelta e la sequenza dei caratteri può essere artificiale nelle chiavi prettamente identificative (chiavi diagnostiche) o più strettamente legate all'ordine naturale o filetico dei taxa nelle chiavi sinottiche. [23] Entro il 18° secolo, nuove piante per lo studio stavano arrivando in Europa in numero crescente dai paesi appena scoperti e dalle colonie europee in tutto il mondo. Nel 1753 Carl von Linné (Carl Linnaeus) pubblicò il suo Species Plantarum, una classificazione gerarchica delle specie vegetali che rimane il punto di riferimento della moderna nomenclatura botanica. Questo ha stabilito un binomio standardizzato o uno schema di denominazione in due parti in cui il primo nome rappresentava il genere e il secondo identificava la specie all'interno del genere. [24] Ai fini dell'identificazione, Linneo's Systema sessuale piante classificate in 24 gruppi in base al numero dei loro organi sessuali maschili. Il 24° girone, crittogamia, comprendeva tutte le piante con parti riproduttive nascoste, muschi, epatiche, felci, alghe e funghi. [25]

La crescente conoscenza dell'anatomia, della morfologia e dei cicli vitali delle piante ha portato alla realizzazione che esistevano più affinità naturali tra le piante rispetto al sistema sessuale artificiale di Linneo. Adanson (1763), de Jussieu (1789) e Candolle (1819) proposero tutti vari sistemi naturali alternativi di classificazione che raggruppavano piante utilizzando una gamma più ampia di caratteri condivisi e furono ampiamente seguiti. Il sistema Candolleo rifletteva le sue idee sulla progressione della complessità morfologica e il successivo sistema Bentham & Hooker, che fu influente fino alla metà del XIX secolo, fu influenzato dall'approccio di Candolle. La pubblicazione di Darwin del Origine delle specie nel 1859 e il suo concetto di comune discendenza richiesero modifiche al sistema candelleano per riflettere le relazioni evolutive distinte dalla semplice somiglianza morfologica. [26]

La botanica fu fortemente stimolata dalla comparsa del primo libro di testo "moderno", Matthias Schleiden's Grundzüge der Wissenschaftlichen Botanik, pubblicato in inglese nel 1849 come Principi di botanica scientifica. [27] Schleiden era un microscopista e uno dei primi anatomisti delle piante che ha co-fondato la teoria cellulare con Theodor Schwann e Rudolf Virchow ed è stato tra i primi a cogliere il significato del nucleo cellulare che era stato descritto da Robert Brown nel 1831. [28 ] Nel 1855, Adolf Fick formulò le leggi di Fick che consentivano il calcolo dei tassi di diffusione molecolare nei sistemi biologici. [29]

Botanica tardo moderna Modifica

Basandosi sulla teoria dell'ereditarietà gene-cromosoma originata da Gregor Mendel (1822-1884), August Weismann (1834-1914) dimostrò che l'ereditarietà avviene solo attraverso i gameti. Nessun'altra cella può trasmettere caratteri ereditati. [30] Il lavoro di Katherine Esau (1898–1997) sull'anatomia delle piante è ancora un importante fondamento della botanica moderna. I suoi libri Anatomia Vegetale e Anatomia delle piante da seme sono stati testi chiave di biologia strutturale vegetale per più di mezzo secolo. [31] [32]

La disciplina dell'ecologia vegetale è stata introdotta alla fine del XIX secolo da botanici come Eugenius Warming, che ha prodotto l'ipotesi che le piante formino comunità, e il suo mentore e successore Christen C. Raunkiær, il cui sistema per descrivere le forme di vita delle piante è ancora in uso oggi. Il concetto che la composizione delle comunità vegetali come le foreste temperate di latifoglie cambia per un processo di successione ecologica è stato sviluppato da Henry Chandler Cowles, Arthur Tansley e Frederic Clements. Clements è accreditato con l'idea della vegetazione climax come la vegetazione più complessa che un ambiente può supportare e Tansley ha introdotto il concetto di ecosistema alla biologia. [33] [34] [35] Basandosi sull'ampio lavoro precedente di Alphonse de Candolle, Nikolai Vavilov (1887-1943) ha prodotto resoconti della biogeografia, dei centri di origine e della storia evolutiva delle piante economiche. [36]

In particolare dalla metà degli anni '60 ci sono stati progressi nella comprensione della fisica dei processi fisiologici delle piante come la traspirazione (il trasporto di acqua all'interno dei tessuti vegetali), la dipendenza dalla temperatura dei tassi di evaporazione dell'acqua dalla superficie fogliare e la diffusione molecolare dell'acqua vapore e anidride carbonica attraverso le aperture stomatiche. Questi sviluppi, insieme a nuovi metodi per misurare le dimensioni delle aperture stomatiche e la velocità della fotosintesi, hanno consentito una descrizione precisa delle velocità di scambio di gas tra le piante e l'atmosfera. [37] [38] Le innovazioni nell'analisi statistica di Ronald Fisher, [39] Frank Yates e altri alla Rothamsted Experimental Station hanno facilitato la progettazione sperimentale razionale e l'analisi dei dati nella ricerca botanica. [40] La scoperta e l'identificazione degli ormoni vegetali auxina da parte di Kenneth V. Thimann nel 1948 ha permesso la regolazione della crescita delle piante mediante sostanze chimiche applicate esternamente. Frederick Campion Steward ha aperto la strada alle tecniche di micropropagazione e coltura di tessuti vegetali controllate da ormoni vegetali. [41] L'auxina sintetica 2,4-diclorofenossiacetica o 2,4-D è stato uno dei primi erbicidi sintetici commerciali. [42]

Gli sviluppi del XX secolo nella biochimica delle piante sono stati guidati da moderne tecniche di analisi chimica organica, come la spettroscopia, la cromatografia e l'elettroforesi. Con l'avvento dei relativi approcci biologici su scala molecolare della biologia molecolare, genomica, proteomica e metabolomica, la relazione tra il genoma vegetale e la maggior parte degli aspetti della biochimica, della fisiologia, della morfologia e del comportamento delle piante può essere sottoposta ad analisi sperimentali dettagliate. [43] Il concetto originariamente affermato da Gottlieb Haberlandt nel 1902 [44] che tutte le cellule vegetali sono totipotenti e possono essere coltivate in vitro alla fine ha consentito l'uso sperimentale dell'ingegneria genetica per eliminare uno o più geni responsabili di un tratto specifico o per aggiungere geni come la GFP che segnalano quando viene espresso un gene di interesse. Queste tecnologie consentono l'uso biotecnologico di piante intere o colture cellulari di piante coltivate in bioreattori per sintetizzare pesticidi, antibiotici o altri prodotti farmaceutici, nonché l'applicazione pratica di colture geneticamente modificate progettate per caratteristiche quali una resa migliore. [45]

La morfologia moderna riconosce un continuum tra le principali categorie morfologiche di radice, fusto (cauloma), foglia (filloma) e tricoma. [46] Inoltre, sottolinea le dinamiche strutturali. [47] La ​​sistematica moderna mira a riflettere e scoprire le relazioni filogenetiche tra le piante. [48] ​​[49] [50] [51] La moderna filogenetica molecolare ignora ampiamente i caratteri morfologici, basandosi sulle sequenze di DNA come dati. L'analisi molecolare delle sequenze di DNA dalla maggior parte delle famiglie di piante da fiore ha permesso all'Angiosperm Phylogeny Group di pubblicare nel 1998 una filogenesi delle piante da fiore, rispondendo a molte delle domande sulle relazioni tra famiglie e specie di angiosperme. [52] La possibilità teorica di un metodo pratico per l'identificazione di specie vegetali e varietà commerciali mediante il codice a barre del DNA è oggetto di ricerche attive in corso. [53] [54]

Lo studio delle piante è vitale perché sono alla base di quasi tutta la vita animale sulla Terra generando una grande proporzione dell'ossigeno e del cibo che forniscono all'uomo e ad altri organismi la respirazione aerobica con l'energia chimica di cui hanno bisogno per esistere. Piante, alghe e cianobatteri sono i principali gruppi di organismi che svolgono la fotosintesi, un processo che utilizza l'energia della luce solare per convertire l'acqua e l'anidride carbonica [55] in zuccheri che possono essere utilizzati sia come fonte di energia chimica che di molecole organiche utilizzati nei componenti strutturali delle cellule. [56] Come sottoprodotto della fotosintesi, le piante rilasciano ossigeno nell'atmosfera, un gas richiesto da quasi tutti gli esseri viventi per svolgere la respirazione cellulare. Inoltre, sono influenti nei cicli globali del carbonio e dell'acqua e le radici delle piante legano e stabilizzano i suoli, prevenendo l'erosione del suolo. [57] Le piante sono fondamentali per il futuro della società umana in quanto forniscono cibo, ossigeno, medicine e prodotti per le persone, oltre a creare e preservare il suolo. [58]

Storicamente, tutti gli esseri viventi erano classificati come animali o piante [59] e la botanica copriva lo studio di tutti gli organismi non considerati animali. [60] I botanici esaminano sia le funzioni interne che i processi all'interno di organelli, cellule, tessuti, piante intere, popolazioni vegetali e comunità vegetali. A ciascuno di questi livelli, un botanico può occuparsi della classificazione (tassonomia), della filogenesi e dell'evoluzione, della struttura (anatomia e morfologia) o della funzione (fisiologia) della vita vegetale. [61]

La definizione più rigorosa di "pianta" include solo le "piante terrestri" o embriofite, che includono piante da seme (gimnosperme, compresi i pini e piante da fiore) e le crittogame a spore libere tra cui felci, muschi, epatiche, hornworts e muschi. Gli embriofiti sono eucarioti multicellulari discendenti da un antenato che ha ottenuto la sua energia dalla luce solare mediante la fotosintesi. Hanno cicli di vita con fasi alterne aploidi e diploidi. La fase aploide sessuale degli embriofiti, nota come gametofito, nutre lo sporofito dell'embrione diploide in via di sviluppo all'interno dei suoi tessuti per almeno una parte della sua vita, [62] anche nelle piante da seme, dove il gametofito stesso è nutrito dal suo genitore sporofito. [63] Altri gruppi di organismi che sono stati precedentemente studiati dai botanici includono batteri (ora studiati in batteriologia), funghi (micologia) - compresi funghi che formano licheni (lichenologia), alghe non clorofite (fisiologia) e virus (virologia). Tuttavia, i botanici prestano ancora attenzione a questi gruppi e i funghi (compresi i licheni) e i protisti fotosintetici sono generalmente trattati nei corsi introduttivi di botanica. [64] [65]

I paleobotanici studiano piante antiche nei reperti fossili per fornire informazioni sulla storia evolutiva delle piante. Si pensa che i cianobatteri, i primi organismi fotosintetici che rilasciano ossigeno sulla Terra, abbiano dato origine all'antenato delle piante entrando in una relazione endosimbiotica con un eucariote precoce, diventando infine i cloroplasti nelle cellule vegetali.Le nuove piante fotosintetiche (insieme ai loro parenti algali) hanno accelerato l'aumento dell'ossigeno atmosferico avviato dai cianobatteri, cambiando l'antica atmosfera riducente e priva di ossigeno in una in cui l'ossigeno libero è stato abbondante per oltre 2 miliardi di anni. [66] [67]

Tra le importanti questioni botaniche del 21° secolo c'è il ruolo delle piante come produttori primari nel ciclo globale degli ingredienti fondamentali della vita: energia, carbonio, ossigeno, azoto e acqua, e i modi in cui la nostra gestione delle piante può aiutare ad affrontare i problemi ambientali globali di gestione delle risorse, conservazione, sicurezza alimentare umana, organismi biologicamente invasivi, sequestro del carbonio, cambiamento climatico e sostenibilità. [68]

Nutrizione umana Modifica

Praticamente tutti gli alimenti di base provengono direttamente dalla produzione primaria delle piante o indirettamente dagli animali che li mangiano. [69] Le piante e altri organismi fotosintetici sono alla base della maggior parte delle catene alimentari perché utilizzano l'energia del sole e i nutrienti del suolo e dell'atmosfera, convertendoli in una forma utilizzabile dagli animali. Questo è ciò che gli ecologisti chiamano il primo livello trofico. [70] Le forme moderne dei principali alimenti di base, come canapa, teff, mais, riso, frumento e altri cereali, legumi, banane e platani, [71] così come canapa, lino e cotone coltivati ​​per le loro fibre, sono il risultato della selezione preistorica nel corso di migliaia di anni tra piante ancestrali selvatiche con le caratteristiche più desiderabili. [72]

I botanici studiano come le piante producono cibo e come aumentare i raccolti, ad esempio attraverso l'allevamento delle piante, rendendo il loro lavoro importante per la capacità dell'umanità di nutrire il mondo e fornire sicurezza alimentare per le generazioni future. [73] I botanici studiano anche le erbe infestanti, che sono un problema considerevole in agricoltura, e la biologia e il controllo dei patogeni delle piante nell'agricoltura e negli ecosistemi naturali. [74] L'etnobotanica è lo studio delle relazioni tra piante e persone. Quando applicato allo studio delle relazioni storiche tra piante e persone, l'etnobotanica può essere definita archeobotanica o paleoetnobotanica. [75] Alcune delle prime relazioni pianta-persone sorsero tra le popolazioni indigene del Canada nell'identificazione di piante commestibili da piante non commestibili. [76] Questa relazione che gli indigeni avevano con le piante è stata registrata dagli etnobotanici. [76]

La biochimica delle piante è lo studio dei processi chimici utilizzati dalle piante. Alcuni di questi processi sono utilizzati nel loro metabolismo primario come il ciclo fotosintetico di Calvin e il metabolismo dell'acido crassulaceo. [77] Altri producono materiali specializzati come la cellulosa e la lignina utilizzati per costruire i loro corpi e prodotti secondari come resine e composti aromatici.

Le piante e vari altri gruppi di eucarioti fotosintetici noti collettivamente come "alghe" hanno organelli unici noti come cloroplasti. Si pensa che i cloroplasti discendano da cianobatteri che hanno formato relazioni endosimbiotiche con piante antiche e antenati algali. I cloroplasti e i cianobatteri contengono il pigmento blu-verde clorofilla un. [78] Clorofilla un (così come la sua pianta e la sua cugina specifica per alghe verdi, la clorofilla B) [a] assorbe la luce nelle parti blu-viola e arancione/rosso dello spettro mentre riflette e trasmette la luce verde che vediamo come il colore caratteristico di questi organismi. L'energia della luce rossa e blu che questi pigmenti assorbono viene utilizzata dai cloroplasti per produrre composti di carbonio ricchi di energia dall'anidride carbonica e dall'acqua mediante la fotosintesi ossigenata, un processo che genera ossigeno molecolare (O2) come sottoprodotto.

L'energia luminosa catturata dalla clorofilla un è inizialmente sotto forma di elettroni (e successivamente di un gradiente di protoni) che viene utilizzato per creare molecole di ATP e NADPH che immagazzinano e trasportano temporaneamente energia. La loro energia viene utilizzata nelle reazioni indipendenti dalla luce del ciclo di Calvin dall'enzima rubisco per produrre molecole dello zucchero a 3 atomi di carbonio gliceraldeide 3-fosfato (G3P). La gliceraldeide 3-fosfato è il primo prodotto della fotosintesi e la materia prima da cui vengono sintetizzati il ​​glucosio e quasi tutte le altre molecole organiche di origine biologica. Parte del glucosio viene convertito in amido che viene immagazzinato nel cloroplasto. [82] L'amido è la caratteristica riserva di energia della maggior parte delle piante terrestri e delle alghe, mentre l'inulina, un polimero del fruttosio, viene utilizzata per lo stesso scopo nella famiglia delle Asteraceae del girasole. Parte del glucosio viene convertito in saccarosio (zucchero da tavola comune) per essere esportato nel resto della pianta.

A differenza degli animali (che mancano di cloroplasti), le piante e i loro parenti eucarioti hanno delegato molti ruoli biochimici ai loro cloroplasti, inclusa la sintesi di tutti i loro acidi grassi, [83] [84] e la maggior parte degli amminoacidi. [85] Gli acidi grassi prodotti dai cloroplasti vengono utilizzati per molte cose, come fornire materiale per costruire le membrane cellulari e produrre la cutina polimerica che si trova nella cuticola della pianta che protegge le piante terrestri dall'essiccamento. [86]

Le piante sintetizzano una serie di polimeri unici come le molecole di polisaccaride cellulosa, pectina e xiloglucano [87] da cui è costruita la parete cellulare della pianta terrestre. [88] Le piante terrestri vascolari producono la lignina, un polimero utilizzato per rafforzare le pareti cellulari secondarie dei tracheidi e dei vasi xilematici per impedire loro di collassare quando una pianta succhia acqua attraverso di loro in condizioni di stress idrico. La lignina è utilizzata anche in altri tipi di cellule come le fibre di sclerenchima che forniscono supporto strutturale per una pianta ed è un importante costituente del legno. La sporopolline è un polimero chimicamente resistente che si trova nelle pareti cellulari esterne delle spore e nel polline delle piante terrestri responsabile della sopravvivenza delle prime spore delle piante terrestri e del polline delle piante da seme nei reperti fossili. È ampiamente considerato come un indicatore per l'inizio dell'evoluzione delle piante terrestri durante il periodo Ordoviciano. [89] La concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera oggi è molto più bassa di quanto non fosse quando le piante emersero sulla terra durante i periodi Ordoviciano e Siluriano. Molte monocotiledoni come il mais e l'ananas e alcuni dicotiledoni come le Asteraceae da allora hanno evoluto indipendentemente [90] percorsi come il metabolismo dell'acido crassulaceo e il C4 via di fissazione del carbonio per la fotosintesi che evita le perdite derivanti dalla fotorespirazione nel più comune C3 via di fissazione del carbonio. Queste strategie biochimiche sono uniche per le piante terrestri.

Medicina e materiali Modifica

La fitochimica è una branca della biochimica vegetale che si occupa principalmente delle sostanze chimiche prodotte dalle piante durante il metabolismo secondario. [91] Alcuni di questi composti sono tossine come l'alcaloide coniina della cicuta. Altri, come gli oli essenziali olio di menta piperita e olio di limone sono utili per il loro aroma, come aromi e spezie (ad esempio capsaicina) e in medicina come prodotti farmaceutici come nell'oppio dei papaveri da oppio. Molte droghe medicinali e ricreative, come il tetraidrocannabinolo (principio attivo nella cannabis), la caffeina, la morfina e la nicotina provengono direttamente dalle piante. Altri sono semplici derivati ​​di prodotti naturali botanici. Ad esempio, l'aspirina antidolorifica è l'estere acetilico dell'acido salicilico, originariamente isolato dalla corteccia dei salici, [92] e un'ampia gamma di antidolorifici oppiacei come l'eroina si ottengono modificando chimicamente la morfina ottenuta dal papavero da oppio. [93] Gli stimolanti popolari provengono dalle piante, come la caffeina dal caffè, dal tè e dal cioccolato e la nicotina dal tabacco. La maggior parte delle bevande alcoliche proviene dalla fermentazione di prodotti vegetali ricchi di carboidrati come l'orzo (birra), il riso (sake) e l'uva (vino). [94] I nativi americani hanno usato varie piante per curare malattie o malattie per migliaia di anni. [95] Questa conoscenza che i nativi americani hanno sulle piante è stata registrata da entnobotanici e poi, a sua volta, è stata utilizzata dalle aziende farmaceutiche come mezzo per la scoperta di farmaci. [96]

Le piante possono sintetizzare utili coloranti e pigmenti colorati come gli antociani responsabili del colore rosso del vino rosso, la saldatura gialla e il guado blu usati insieme per produrre il verde Lincoln, indoxyl, fonte del colorante blu indaco tradizionalmente usato per tingere il denim e i pigmenti dell'artista gamboge e rose madder. Zucchero, amido, cotone, lino, canapa, alcuni tipi di corda, legno e pannelli di truciolato, papiro e carta, oli vegetali, cera e gomma naturale sono esempi di materiali commercialmente importanti realizzati con tessuti vegetali o loro prodotti secondari. Il carbone, una forma pura di carbonio ottenuta dalla pirolisi del legno, ha una lunga storia come combustibile per la fusione dei metalli, come materiale filtrante e adsorbente e come materiale d'artista ed è uno dei tre ingredienti della polvere da sparo. La cellulosa, il polimero organico più abbondante al mondo, [97] può essere convertita in energia, combustibili, materiali e materie prime chimiche. I prodotti a base di cellulosa includono rayon e cellophane, pasta per carta da parati, biobutanolo e gun cotton. La canna da zucchero, la colza e la soia sono alcune delle piante con un contenuto di zucchero o olio altamente fermentescibile che vengono utilizzate come fonti di biocarburanti, importanti alternative ai combustibili fossili, come il biodiesel. [98] Sweetgrass è stato usato dai nativi americani per allontanare insetti come le zanzare. [99] Queste proprietà repellenti degli insetti dell'erba dolce sono state successivamente trovate dall'American Chemical Society nelle molecole fitolo e cumarina. [99]

L'ecologia vegetale è la scienza delle relazioni funzionali tra le piante e i loro habitat, gli ambienti in cui completano i loro cicli di vita. Gli ecologi vegetali studiano la composizione delle flore locali e regionali, la loro biodiversità, diversità genetica e idoneità, l'adattamento delle piante al loro ambiente e le loro interazioni competitive o mutualistiche con altre specie. [100] Alcuni ecologisti si affidano persino a dati empirici di popolazioni indigene raccolti da etnobotanici. [101] Queste informazioni possono trasmettere una grande quantità di informazioni su come era la terra un tempo migliaia di anni fa e come è cambiata nel corso del tempo. [101] Gli obiettivi dell'ecologia vegetale sono comprendere le cause dei loro modelli di distribuzione, produttività, impatto ambientale, evoluzione e risposte ai cambiamenti ambientali. [102]

Le piante dipendono da alcuni fattori edafici (terreni) e climatici nel loro ambiente, ma possono modificare anche questi fattori. Ad esempio, possono modificare l'albedo del loro ambiente, aumentare l'intercettazione del deflusso, stabilizzare i terreni minerali e sviluppare il loro contenuto organico e influenzare la temperatura locale. Le piante competono con altri organismi nel loro ecosistema per le risorse. [103] [104] Interagiscono con i loro vicini a una varietà di scale spaziali in gruppi, popolazioni e comunità che costituiscono collettivamente la vegetazione. Le regioni con tipi di vegetazione caratteristici e piante dominanti, nonché fattori abiotici e biotici simili, clima e geografia costituiscono biomi come la tundra o la foresta pluviale tropicale. [105]

Gli erbivori mangiano le piante, ma le piante possono difendersi e alcune specie sono parassite o addirittura carnivore. Altri organismi formano relazioni reciprocamente vantaggiose con le piante. Ad esempio, i funghi micorrizici e i rizobi ​​forniscono alle piante sostanze nutritive in cambio di cibo, le formiche vengono reclutate dalle piante delle formiche per fornire protezione, [107] le api, i pipistrelli e altri animali impollinano i fiori [108] [109] e gli esseri umani e altri animali [109] 110] agiscono come vettori di dispersione per diffondere spore e semi.

Piante, cambiamento climatico e ambientale Modifica

Le risposte delle piante al clima e ad altri cambiamenti ambientali possono informare la nostra comprensione di come questi cambiamenti influenzano la funzione e la produttività dell'ecosistema. Ad esempio, la fenologia delle piante può essere un utile indicatore della temperatura nella climatologia storica e dell'impatto biologico del cambiamento climatico e del riscaldamento globale. La palinologia, l'analisi dei depositi pollinici fossili nei sedimenti di migliaia o milioni di anni fa, permette di ricostruire i climi del passato. [111] Stime della CO . atmosferica
2 concentrazioni dal Paleozoico sono state ottenute dalle densità stomatiche e dalle forme e dimensioni delle foglie di antiche piante terrestri. [112] L'esaurimento dell'ozono può esporre le piante a livelli più elevati di radiazioni ultraviolette-B (UV-B), con conseguenti tassi di crescita inferiori. [113] Inoltre, le informazioni provenienti da studi sull'ecologia delle comunità, sulla sistematica delle piante e sulla tassonomia sono essenziali per comprendere il cambiamento della vegetazione, la distruzione dell'habitat e l'estinzione delle specie. [114]

L'ereditarietà nelle piante segue gli stessi principi fondamentali della genetica come in altri organismi multicellulari. Gregor Mendel ha scoperto le leggi genetiche dell'ereditarietà studiando tratti ereditari come la forma in Pisum sativum (piselli). Ciò che Mendel ha imparato dallo studio delle piante ha avuto benefici di vasta portata al di fuori della botanica. Allo stesso modo, i "geni che saltano" sono stati scoperti da Barbara McClintock mentre studiava il mais. [115] Tuttavia, ci sono alcune differenze genetiche distintive tra piante e altri organismi.

I confini delle specie nelle piante possono essere più deboli che negli animali e spesso sono possibili ibridi tra specie diverse. Un esempio familiare è la menta piperita, Mentha × piperita, un ibrido sterile tra Mentha acquatica e menta verde, Mentha spicata. [116] Le numerose varietà di frumento coltivate sono il risultato di molteplici incroci inter e intra-specifici tra specie selvatiche e i loro ibridi. [117] Le angiosperme con fiori monoici hanno spesso meccanismi di autoincompatibilità che operano tra il polline e lo stigma così che il polline non riesce a raggiungere lo stigma o non riesce a germinare ea produrre gameti maschili. [118] Questo è uno dei numerosi metodi utilizzati dalle piante per promuovere l'incrocio. [119] In molte piante terrestri i gameti maschili e femminili sono prodotti da individui separati. Si dice che queste specie siano dioiche quando si parla di sporofiti di piante vascolari e dioiche quando si parla di gametofiti briofiti. [120]

A differenza degli animali superiori, dove la partenogenesi è rara, la riproduzione asessuata può avvenire nelle piante con diversi meccanismi. La formazione di tuberi a stelo nella patata ne è un esempio. In particolare negli habitat artici o alpini, dove le opportunità di fecondazione dei fiori da parte di animali sono rare, al posto dei fiori possono svilupparsi piantine o bulbi, sostituendo la riproduzione sessuata con quella asessuata e dando origine a popolazioni clonali geneticamente identiche al genitore. Questo è uno dei diversi tipi di apomissi che si verificano nelle piante. L'apomissi può verificarsi anche in un seme, producendo un seme che contiene un embrione geneticamente identico al genitore. [121]

La maggior parte degli organismi che si riproducono sessualmente sono diploidi, con cromosomi appaiati, ma può verificarsi il raddoppio del loro numero di cromosomi a causa di errori nella citochinesi. Ciò può verificarsi all'inizio dello sviluppo per produrre un organismo autopoliploide o parzialmente autopoliploide, o durante i normali processi di differenziazione cellulare per produrre alcuni tipi di cellule che sono poliploidi (endopoliploidia) o durante la formazione dei gameti. Una pianta allopoliploide può derivare da un evento di ibridazione tra due specie diverse. Sia le piante autopoliploidi che quelle allopoliploidi possono spesso riprodursi normalmente, ma potrebbero non essere in grado di incrociarsi con successo con la popolazione genitore perché c'è una discrepanza nei numeri dei cromosomi. Queste piante che sono isolate dal punto di vista riproduttivo dalla specie parentale ma vivono all'interno della stessa area geografica, possono avere un successo sufficiente per formare una nuova specie. [122] Alcuni poliploidi vegetali altrimenti sterili possono ancora riprodursi vegetativamente o per apomissia dei semi, formando popolazioni clonali di individui identici. [122] Il grano duro è un fertile allopoliploide tetraploide, mentre il grano tenero è un fertile esaploide. La banana commerciale è un esempio di ibrido triploide sterile e senza semi. Il dente di leone comune è un triploide che produce semi vitali per seme apomittico.

Come in altri eucarioti, l'eredità degli organelli endosimbiotici come i mitocondri e i cloroplasti nelle piante non è mendeliana. I cloroplasti vengono ereditati attraverso il genitore maschio nelle gimnosperme, ma spesso attraverso il genitore femminile nelle piante da fiore. [123]

Genetica molecolare Modifica

Una notevole quantità di nuove conoscenze sulla funzione delle piante proviene da studi sulla genetica molecolare di piante modello come il crescione, Arabidopsis thaliana, una specie erbacea della famiglia della senape (Brassicaceae). [91] Il genoma o l'informazione ereditaria contenuta nei geni di questa specie è codificata da circa 135 milioni di paia di basi di DNA, formando uno dei genomi più piccoli tra le piante da fiore. Arabidopsis è stata la prima pianta ad avere il suo genoma sequenziato, nel 2000. [124] Il sequenziamento di alcuni altri genomi relativamente piccoli, di riso (Oryza sativa) [125] e Brachypodium distachyon, [126] li ha resi importanti specie modello per comprendere la genetica, la biologia cellulare e molecolare di cereali, graminacee e monocotiledoni in generale.

Piante modello come Arabidopsis thaliana sono utilizzati per lo studio della biologia molecolare delle cellule vegetali e del cloroplasto. Idealmente, questi organismi hanno piccoli genomi ben noti o completamente sequenziati, bassa statura e tempi di generazione brevi. Il mais è stato utilizzato per studiare i meccanismi di fotosintesi e caricamento floematico dello zucchero in C4 impianti. [127] L'alga verde unicellulare Chlamydomonas reinhardtii, pur non essendo un embriofita in sé, contiene un cloroplasto pigmentato verde correlato a quello delle piante terrestri, che lo rende utile per lo studio. [128] Un'alga rossa Cyanidioschyzon merolae è stato anche utilizzato per studiare alcune funzioni di base dei cloroplasti. [129] Spinaci, [130] piselli, [131] semi di soia e un muschio Physcomitrella patene sono comunemente usati per studiare la biologia delle cellule vegetali. [132]

Agrobacterium tumefaciens, un batterio della rizosfera del suolo, può attaccarsi alle cellule vegetali e infettarle con un plasmide Ti che induce il callo mediante trasferimento genico orizzontale, causando un'infezione del callo chiamata malattia della galla della corona. Schell e Van Montagu (1977) ipotizzarono che il plasmide Ti potesse essere un vettore naturale per l'introduzione del gene Nif responsabile della fissazione dell'azoto nei noduli radicali dei legumi e di altre specie vegetali. [133] Oggi, la modificazione genetica del plasmide Ti è una delle principali tecniche per l'introduzione di transgeni nelle piante e la creazione di colture geneticamente modificate.

Epigenetica Modifica

L'epigenetica è lo studio dei cambiamenti ereditari nella funzione genica che non possono essere spiegati da cambiamenti nella sequenza del DNA sottostante [134] ma fanno sì che i geni dell'organismo si comportino (o si "esprimono") in modo diverso. [135] Un esempio di cambiamento epigenetico è la marcatura dei geni mediante metilazione del DNA che determina se saranno espressi o meno. L'espressione genica può anche essere controllata da proteine ​​repressive che si attaccano alle regioni silenziatori del DNA e impediscono l'espressione di quella regione del codice DNA. Segni epigenetici possono essere aggiunti o rimossi dal DNA durante fasi programmate di sviluppo della pianta e sono responsabili, ad esempio, delle differenze tra antere, petali e foglie normali, nonostante abbiano tutti lo stesso codice genetico sottostante.I cambiamenti epigenetici possono essere temporanei o possono persistere attraverso successive divisioni cellulari per il resto della vita della cellula. È stato dimostrato che alcuni cambiamenti epigenetici sono ereditabili, [136] mentre altri vengono ripristinati nelle cellule germinali.

I cambiamenti epigenetici nella biologia eucariotica servono a regolare il processo di differenziazione cellulare. Durante la morfogenesi, le cellule staminali totipotenti diventano le varie linee cellulari pluripotenti dell'embrione, che a loro volta diventano cellule completamente differenziate. Una singola cellula uovo fecondata, lo zigote, dà origine a molti diversi tipi di cellule vegetali tra cui parenchima, elementi dei vasi xilematici, tubi del setaccio floema, cellule di guardia dell'epidermide, ecc. Mentre continua a dividersi. Il processo deriva dall'attivazione epigenetica di alcuni geni e dall'inibizione di altri. [137]

A differenza degli animali, molte cellule vegetali, in particolare quelle del parenchima, non si differenziano in modo terminale, rimanendo totipotenti con la capacità di dare origine a una nuova pianta individuale. Le eccezioni includono cellule altamente lignificate, lo sclerenchima e lo xilema che sono morti alla maturità e i tubi del setaccio del floema che mancano di nuclei. Mentre le piante utilizzano molti degli stessi meccanismi epigenetici degli animali, come il rimodellamento della cromatina, un'ipotesi alternativa è che le piante stabiliscano i loro modelli di espressione genica utilizzando le informazioni posizionali dall'ambiente e dalle cellule circostanti per determinare il loro destino di sviluppo. [138]

I cambiamenti epigenetici possono portare a paramutazioni, che non seguono le regole del patrimonio mendeliano. Questi segni epigenetici vengono trasmessi da una generazione all'altra, con un allele che induce un cambiamento nell'altro. [139]

I cloroplasti delle piante hanno una serie di somiglianze biochimiche, strutturali e genetiche con i cianobatteri (comunemente ma erroneamente conosciuti come "alghe blu-verdi") e si pensa che derivino da un'antica relazione endosimbiotica tra una cellula eucariotica ancestrale e un residente di cianobatteri . [140] [141] [142] [143]

Le alghe sono un gruppo polifiletico e sono collocate in varie divisioni, alcune più strettamente legate alle piante rispetto ad altre. Ci sono molte differenze tra loro in caratteristiche come la composizione della parete cellulare, la biochimica, la pigmentazione, la struttura dei cloroplasti e le riserve di nutrienti. Si ritiene che la divisione algale Charophyta, sorella della divisione algale verde Chlorophyta, contenga l'antenato delle vere piante. [144] La classe Charophyte Charophyceae e il sottoregno delle piante terrestri Embryophyta insieme formano il gruppo monofiletico o clade Streptophytina. [145]

Le piante terrestri non vascolari sono embriofite prive dei tessuti vascolari xilema e floema. Includono muschi, epatiche e hornworts. Piante vascolari pteridofite con vero xilema e floema che si riproducevano mediante spore che germinavano in gametofiti a vita libera si sono evolute durante il periodo Siluriano e si sono diversificate in diverse linee durante il tardo Siluriano e l'inizio del Devoniano. I rappresentanti dei licopodi sono sopravvissuti fino ai giorni nostri. Entro la fine del periodo Devoniano, diversi gruppi, inclusi i licopodi, le sfenofille e le progimnosperme, si erano evoluti indipendentemente "megasporia" - le loro spore erano di due dimensioni distinte, megaspore più grandi e microspore più piccole. I loro gametofiti ridotti si sono sviluppati da megaspore trattenute all'interno degli organi che producono spore (megasporangi) dello sporofito, una condizione nota come endosporia. I semi sono costituiti da un megasporangio endosporico circondato da uno o due strati di guaina (tegumenti). Il giovane sporofito si sviluppa all'interno del seme, che durante la germinazione si divide per liberarlo. Le prime piante da seme conosciute risalgono all'ultimo stadio del Devoniano Famenniano. [146] [147] In seguito all'evoluzione del portamento del seme, le piante da seme si sono diversificate, dando origine a numerosi gruppi ormai estinti, comprese le felci da seme, nonché le moderne gimnosperme e angiosperme. [148] Le gimnosperme producono "semi nudi" non completamente racchiusi in un'ovaia rappresentanti moderni includono conifere, cicadee, Ginkgoe Gnetales. Le angiosperme producono semi racchiusi in una struttura come un carpello o un'ovaia. [149] [150] La ricerca in corso sulla filogenetica molecolare delle piante viventi sembra mostrare che le angiosperme sono un clade gemello delle gimnosperme. [151]

La fisiologia vegetale comprende tutte le attività chimiche e fisiche interne delle piante associate alla vita. [152] Le sostanze chimiche ottenute dall'aria, dal suolo e dall'acqua costituiscono la base di tutto il metabolismo delle piante. L'energia della luce solare, catturata dalla fotosintesi ossigenata e rilasciata dalla respirazione cellulare, è alla base di quasi tutta la vita. I fotoautotrofi, comprese tutte le piante verdi, le alghe e i cianobatteri, raccolgono energia direttamente dalla luce solare tramite la fotosintesi. Gli eterotrofi inclusi tutti gli animali, tutti i funghi, tutte le piante completamente parassite e i batteri non fotosintetici assorbono le molecole organiche prodotte dai fotoautotrofi e le respirano o le utilizzano nella costruzione di cellule e tessuti. [153] La respirazione è l'ossidazione dei composti del carbonio scomponendoli in strutture più semplici per rilasciare l'energia che contengono, essenzialmente l'opposto della fotosintesi. [154]

Le molecole vengono spostate all'interno delle piante da processi di trasporto che operano su una varietà di scale spaziali. Il trasporto subcellulare di ioni, elettroni e molecole come acqua ed enzimi avviene attraverso le membrane cellulari. I minerali e l'acqua vengono trasportati dalle radici ad altre parti della pianta nel flusso di traspirazione. Diffusione, osmosi, trasporto attivo e flusso di massa sono tutti modi diversi in cui può avvenire il trasporto. [155] Esempi di elementi che le piante devono trasportare sono azoto, fosforo, potassio, calcio, magnesio e zolfo. Nelle piante vascolari, questi elementi vengono estratti dal suolo sotto forma di ioni solubili dalle radici e trasportati nello xilema in tutta la pianta. La maggior parte degli elementi necessari per la nutrizione delle piante proviene dalla degradazione chimica dei minerali del suolo. [156] Il saccarosio prodotto dalla fotosintesi viene trasportato dalle foglie ad altre parti della pianta nel floema e gli ormoni vegetali vengono trasportati da una varietà di processi.

Ormoni vegetali Modifica

Le piante non sono passive, ma rispondono a segnali esterni come luce, tatto e lesioni spostandosi o crescendo verso o allontanandosi dallo stimolo, a seconda dei casi. Una prova tangibile della sensibilità al tocco è il collasso quasi istantaneo dei volantini di Mimosa pudica, le trappole per insetti di Venere acchiappamosche e vesciche, e la pollinia delle orchidee. [158]

L'ipotesi che la crescita e lo sviluppo delle piante siano coordinati da ormoni vegetali o regolatori della crescita delle piante è emersa per la prima volta alla fine del XIX secolo. Darwin sperimentò i movimenti dei germogli e delle radici delle piante verso la luce [159] e la gravità, e concluse "Non è un'esagerazione dire che la punta della radichetta... agisce come il cervello di uno degli animali inferiori... dirigendo il diversi movimenti”. [160] All'incirca nello stesso periodo, il ruolo delle auxine (dal greco auxeina, crescere) nel controllo della crescita delle piante è stato delineato per la prima volta dallo scienziato olandese Frits Went. [161] La prima auxina conosciuta, l'acido indolo-3-acetico (IAA), che promuove la crescita cellulare, è stata isolata dalle piante solo circa 50 anni dopo. [162] Questo composto media le risposte tropicali di germogli e radici verso la luce e la gravità. [163] La scoperta nel 1939 che il callo vegetale poteva essere mantenuto in coltura contenente IAA, seguita dall'osservazione nel 1947 che poteva essere indotto a formare radici e germogli controllando la concentrazione di ormoni della crescita furono passaggi chiave nello sviluppo della biotecnologia vegetale e modificazione genetica. [164]

Le citochinine sono una classe di ormoni vegetali chiamati per il loro controllo della divisione cellulare (in particolare la citochinesi). La citochinina naturale zeatina è stata scoperta nel mais, Zea mays, ed è un derivato della purina adenina. La zeatina viene prodotta nelle radici e trasportata ai germogli nello xilema dove promuove la divisione cellulare, lo sviluppo delle gemme e l'inverdimento dei cloroplasti. [165] [166] Le gibbereline, come l'acido gibberelico, sono diterpeni sintetizzati dall'acetil CoA attraverso la via del mevalonato. Sono coinvolti nella promozione della germinazione e dell'interruzione della dormienza nei semi, nella regolazione dell'altezza della pianta controllando l'allungamento dello stelo e nel controllo della fioritura. [167] L'acido abscissico (ABA) si trova in tutte le piante terrestri ad eccezione delle epatiche ed è sintetizzato dai carotenoidi nei cloroplasti e in altri plastidi. Inibisce la divisione cellulare, favorisce la maturazione dei semi e la dormienza e favorisce la chiusura degli stomi. È stato chiamato così perché originariamente si pensava che controllasse l'abscissione. [168] L'etilene è un ormone gassoso che viene prodotto in tutti i tessuti vegetali superiori dalla metionina. È ormai noto per essere l'ormone che stimola o regola la maturazione e l'abscissione dei frutti, [169] [170] ed esso, o il regolatore di crescita sintetico etefone che viene rapidamente metabolizzato per produrre etilene, vengono utilizzati su scala industriale per favorire la maturazione del cotone , ananas e altre colture climateriche.

Un'altra classe di fitormoni sono i jasmonati, isolati per primi dall'olio di Jasminum grandiflorum [171] che regola le risposte alle ferite nelle piante sbloccando l'espressione dei geni richiesti nella risposta di resistenza acquisita sistemica all'attacco del patogeno. [172]

Oltre ad essere la fonte di energia primaria per le piante, la luce funge da dispositivo di segnalazione, fornendo informazioni alla pianta, come la quantità di luce solare che la pianta riceve ogni giorno. Ciò può comportare cambiamenti adattativi in ​​un processo noto come fotomorfogenesi. I fitocromi sono i fotorecettori in una pianta che sono sensibili alla luce. [173]

L'anatomia vegetale è lo studio della struttura delle cellule e dei tessuti vegetali, mentre la morfologia vegetale è lo studio della loro forma esterna. [174] Tutte le piante sono eucarioti multicellulari, il cui DNA è immagazzinato nei nuclei. [175] [176] Le caratteristiche delle cellule vegetali che le distinguono da quelle di animali e funghi includono una parete cellulare primaria composta dai polisaccaridi cellulosa, emicellulosa e pectina, [177] vacuoli più grandi rispetto alle cellule animali e la presenza di plastidi con funzioni fotosintetiche e biosintetiche uniche come nei cloroplasti. Altri plastidi contengono prodotti di conservazione come amido (amiloplasti) o lipidi (elaioplasti). In modo univoco, le cellule degli streptofiti e quelle dell'ordine delle alghe verdi Trentepohliales [178] si dividono per costruzione di un fragmoplasto come modello per la costruzione di una piastra cellulare in ritardo nella divisione cellulare. [82]

I corpi delle piante vascolari, compresi i muschi, le felci e le piante da seme (gimnosperme e angiosperme) hanno generalmente sottosistemi aerei e sotterranei. I germogli sono costituiti da fusti che portano foglie fotosintetiche verdi e strutture riproduttive. Le radici vascolarizzate sotterranee portano peli radicali alle loro estremità e generalmente mancano di clorofilla. [180] Le piante non vascolari, le epatiche, i cornioli e i muschi non producono radici vascolari che penetrano nel terreno e la maggior parte della pianta partecipa alla fotosintesi. [181] La generazione di sporofiti non è fotosintetica negli epatici, ma può essere in grado di contribuire in parte al suo fabbisogno energetico mediante la fotosintesi nei muschi e negli hornwort. [182]

Il sistema radicale e il sistema di germogli sono interdipendenti: il sistema di radici solitamente non fotosintetico dipende dal sistema di germogli per il cibo e il sistema di germogli solitamente fotosintetico dipende dall'acqua e dai minerali del sistema radicale. [180] Le cellule di ciascun sistema sono in grado di creare cellule dell'altro e di produrre germogli o radici avventizie. [183] ​​Stoloni e tuberi sono esempi di germogli che possono mettere radici. [184] Le radici che si estendono vicino alla superficie, come quelle dei salici, possono produrre germogli e infine nuove piante. [185] Nel caso in cui uno dei sistemi venga perso, l'altro può spesso ricrescerlo. Infatti è possibile far crescere un'intera pianta da una singola foglia, come nel caso delle piante in Streptocarpo setta. Saintpaulia, [186] o anche una singola cellula – che può dedifferenziarsi in un callo (una massa di cellule non specializzate) che può crescere in una nuova pianta. [183] ​​Nelle piante vascolari, lo xilema e il floema sono i tessuti conduttivi che trasportano le risorse tra i germogli e le radici. Le radici sono spesso adattate per conservare alimenti come zuccheri o amido, [180] come nelle barbabietole da zucchero e nelle carote. [185]

I fusti forniscono principalmente supporto alle foglie e alle strutture riproduttive, ma possono immagazzinare acqua in piante succulente come i cactus, cibo come nei tuberi di patata, o riprodursi vegetativamente come negli stoloni delle piante di fragola o in fase di margotta. [187] Le foglie raccolgono la luce solare e svolgono la fotosintesi. [188] Le foglie grandi, piatte, flessibili e verdi sono chiamate foglie di fogliame. [189] Gimnosperme, come conifere, cicadee, Ginkgo, e le gnetofite sono piante che producono semi con semi aperti. [190] Le angiosperme sono piante produttrici di semi che producono fiori e hanno semi chiusi. [149] Le piante legnose, come le azalee e le querce, subiscono una fase di crescita secondaria che dà luogo a due ulteriori tipi di tessuti: legno (xilema secondario) e corteccia (floema secondario e sughero). Tutte le gimnosperme e molte angiosperme sono piante legnose. [191] Alcune piante si riproducono sessualmente, altre asessualmente e altre con entrambi i mezzi. [192]

Sebbene sia utile il riferimento alle principali categorie morfologiche come radice, fusto, foglia e tricoma, è necessario tenere presente che queste categorie sono collegate attraverso forme intermedie in modo che risulti un continuum tra le categorie. [193] Inoltre, le strutture possono essere viste come processi, cioè combinazioni di processi. [47]

La botanica sistematica fa parte della biologia sistematica, che si occupa della gamma e della diversità degli organismi e delle loro relazioni, in particolare determinate dalla loro storia evolutiva. [194] Coinvolge o è correlato alla classificazione biologica, alla tassonomia scientifica e alla filogenetica. La classificazione biologica è il metodo con cui i botanici raggruppano gli organismi in categorie come generi o specie. La classificazione biologica è una forma di tassonomia scientifica. La tassonomia moderna è radicata nel lavoro di Carlo Linneo, che raggruppava le specie in base a caratteristiche fisiche condivise. Da allora questi raggruppamenti sono stati rivisti per allinearsi meglio con il principio darwiniano della comune discendenza: raggruppare gli organismi per discendenza piuttosto che per caratteristiche superficiali. Sebbene gli scienziati non siano sempre d'accordo su come classificare gli organismi, la filogenetica molecolare, che utilizza le sequenze di DNA come dati, ha guidato molte recenti revisioni lungo linee evolutive ed è probabile che continui a farlo. Il sistema di classificazione dominante è chiamato tassonomia di Linneo. Include ranghi e nomenclatura binomiale. La nomenclatura degli organismi botanici è codificata nel Codice internazionale di nomenclatura per alghe, funghi e piante (ICN) e amministrata dall'International Botanical Congress. [195] [196]

Kingdom Plantae appartiene al Domain Eukarya ed è suddiviso in modo ricorsivo fino a quando ogni specie è classificata separatamente. L'ordine è: Regno Phylum (o Divisione) Classe Ordine Famiglia Genere (plurale generi) Specie. Il nome scientifico di una pianta rappresenta il suo genere e la sua specie all'interno del genere, risultando in un unico nome mondiale per ogni organismo. [196] Ad esempio, il giglio tigre è Lilium columbianum. Lilium è il genere, e colombiano l'epiteto specifico. La combinazione è il nome della specie. Quando si scrive il nome scientifico di un organismo, è opportuno capitalizzare la prima lettera del genere e mettere tutti gli epiteti specifici in minuscolo. Inoltre, l'intero termine è ordinariamente in corsivo (o sottolineato quando il corsivo non è disponibile). [197] [198] [199]

Le relazioni evolutive e l'ereditarietà di un gruppo di organismi sono chiamate filogenesi. Gli studi filogenetici tentano di scoprire le filogenesi. L'approccio di base consiste nell'utilizzare le somiglianze basate sull'ereditarietà condivisa per determinare le relazioni. [200] Ad esempio, specie di Pereskia sono alberi o cespugli con foglie prominenti. Ovviamente non assomigliano a un tipico cactus senza foglie come un Echinocactus. Tuttavia, entrambi Pereskia e Echinocactus hanno spine prodotte da areole (strutture simili a cuscinetti altamente specializzate) suggerendo che i due generi sono effettivamente correlati. [201] [202]

Giudicare le relazioni basate su caratteri condivisi richiede attenzione, poiché le piante possono assomigliarsi l'una all'altra attraverso un'evoluzione convergente in cui i personaggi sono sorti indipendentemente. Alcune euforbie hanno corpi spogli e arrotondati adatti alla conservazione dell'acqua simili a quelli dei cactus globulari, ma caratteri come la struttura dei loro fiori chiariscono che i due gruppi non sono strettamente correlati. Il metodo cladistico adotta un approccio sistematico ai caratteri, distinguendo tra quelli che non contengono informazioni sulla storia evolutiva condivisa - come quelli evoluti separatamente in gruppi diversi (omoplasia) o quelli lasciati dagli antenati (plesiomorfie) - e i caratteri derivati, che sono stati tramandate da innovazioni in un antenato comune (apomorfie). Solo i caratteri derivati, come le areole dei cactus che producono spine, forniscono prove della discendenza da un antenato comune. I risultati delle analisi cladistiche sono espressi come cladogrammi: diagrammi ad albero che mostrano il modello di ramificazione e discendenza evolutiva. [203]

Dagli anni '90 in poi, l'approccio predominante alla costruzione di filogenesi per piante viventi è stata la filogenetica molecolare, che utilizza caratteri molecolari, in particolare sequenze di DNA, piuttosto che caratteri morfologici come la presenza o l'assenza di spine e areole. La differenza è che il codice genetico stesso viene utilizzato per decidere le relazioni evolutive, invece di essere utilizzato indirettamente attraverso i caratteri a cui dà origine. Clive Stace descrive questo come avere "accesso diretto alla base genetica dell'evoluzione". [204] Per fare un semplice esempio, prima dell'uso di prove genetiche, si pensava che i funghi fossero piante o fossero più strettamente correlati alle piante rispetto agli animali. L'evidenza genetica suggerisce che la vera relazione evolutiva degli organismi multicellulari è come mostrato nel cladogramma qui sotto: i funghi sono più strettamente correlati agli animali che alle piante. [205]

Nel 1998, l'Angiosperm Phylogeny Group ha pubblicato una filogenesi per piante da fiore basata su un'analisi delle sequenze di DNA dalla maggior parte delle famiglie di piante da fiore. Come risultato di questo lavoro, molte domande, come quali famiglie rappresentano i primi rami delle angiosperme, hanno ora ricevuto risposta. [52] Indagare in che modo le specie vegetali sono correlate tra loro consente ai botanici di comprendere meglio il processo di evoluzione nelle piante. [206] Nonostante lo studio delle piante modello e l'uso crescente di prove del DNA, c'è lavoro e discussione in corso tra i tassonomisti su come classificare al meglio le piante in vari taxa. [207] Gli sviluppi tecnologici come computer e microscopi elettronici hanno notevolmente aumentato il livello di dettaglio studiato e la velocità con cui i dati possono essere analizzati. [208]


7 fasi principali di Lithosere | Piante | Biologia

I seguenti punti evidenziano le sette fasi principali della lithosere nelle piante. Gli stadi sono: 1. Stadio del lichene crostoso 2. Stadio del lichene fogliare e fruticoso 3. Stadio del muschio 4. Stadio dell'erba 5. Stadio dell'arbusto 6. Stadio degli alberi 7. Stadio del climax.

1. Fase del lichene crostoso:

Le specie di licheni come le forme Graphis Rhizocarpon, Rinodina e Lacanora sono la comunità pioniera in un lithosere, poiché possono tollerare il deserto o condizioni di caldo estremo. Gli acidi organici prodotti dai licheni lisciviano la superficie della roccia e rilasciano minerali per una corretta crescita dei licheni. Una roccia sterile è costituita da una superficie solida o da massi molto grandi e non c'è spazio per la colonizzazione delle piante radicanti.

I licheni crostosi possono aderire alla superficie della roccia e assorbire l'umidità dall'atmosfera, quindi questi colonizzano prima le superfici aride delle rocce. I propaguli di questi licheni vengono portati per via aerea dalle zone circostanti. Quando questi licheni muoiono, i loro talli si decompongono e aggiungono humus. Questo favorisce la formazione del suolo e l'ambiente diventa adatto alla crescita di licheni di tipo fogliaceo e fruticoso.

2. Stadio del lichene folioso e fruticoso:

I licheni fogliari trattengono più acqua e accumulano più particelle di terreno, favorendo lo sviluppo di un sottile strato di terreno sulla superficie della roccia. Man mano che la formazione del suolo procede porta alla crescita di licheni fogliari come Parmelia, Physcia ecc. I licheni fogliari hanno talli fogliari, mentre i licheni fruticosi sono come piccoli arbusti. Sono attaccati al substrato solo in un punto, quindi non ricoprono completamente il terreno.

Possono assorbire e trattenere più acqua e sono in grado di accumulare più particelle di polvere. I loro resti morti vengono decomposti in humus che si mescola con le particelle del suolo e aiuta a costruire il substrato e a migliorare ulteriormente il contenuto di umidità del suolo. Le depressioni poco profonde nelle rocce e nelle fessure si riempiono di venduto e lo strato di terriccio aumenta ulteriormente.

3. Fase di muschio:

L'accumulo di suolo e humus porta alla crescita di muschi come Polytrichum e Grimmia. Dopo un po' di tempo si accumula molta terra e materia organica, che favoriscono la crescita di muschi che amano l'umidità come Hypnum, Bryum ecc. Le spore dei muschi xerofiti, come Polytrichum, Tortula e Grimmia, vengono portate alla roccia dove subentrano i licheni .

I loro rizoidi penetrano nel terreno sulle rocce. I corpi dei muschi sono ricchi di composti organici e inorganici. Quando questi muoiono aggiungono questi composti al terreno, aumentando la fertilità del suolo. Quando i muschi si sviluppano a chiazze, catturano le particelle di terreno dall'aria e aiutano ad aumentare la quantità di substrato. L'ambiente mutevole porta all'alterazione dei licheni e favorisce l'invasione della vegetazione erbacea che può competere con i muschi.

4. Fase delle erbe:

La morte e il decadimento dei muschi producono un tappeto di muschio organico ricco di terreno organico, che aiuta la germinazione dei semi di erbe resistenti come Eleusin, Aristicla, Poa, ecc. L'ulteriore decomposizione di queste erbe annuali favorisce la crescita di erbe perenni come Cymbopogon, Heteropogon eccetera.

Le loro radici penetrano in profondità, secernono acidi e migliorano il processo di invecchiamento. La lettiera e la morte delle erbe aggiungono humus al terreno. L'ombreggiatura del suolo determina una diminuzione dell'evaporazione e mantiene l'umidità del suolo e aumenta leggermente la temperatura.

Di conseguenza le condizioni xeriche iniziano a cambiare e le erbe biennali e perenni e le erbe xeriche. Queste condizioni climatiche favoriscono la crescita di popolazioni batteriche e fungine, con conseguente aumento dell'attività di decomposizione.

5. Fase dell'arbusto:

La vegetazione erbacea e erbacea è sostituita da specie arbustive, come Rhus e Phytocarpus. Ciò si traduce in un terreno organico denso e in condizioni sfavorevoli per la crescita delle erbe, che poi iniziano a migrare.

La formazione del suolo continua e il suo contenuto di umidità aumenta. Ulteriori agenti atmosferici o rocce e morte delle erbe rendono l'habitat più adatto alla crescita di arbusti come Rhus, Caparis e Zizyphus ecc. Poiché gli arbusti sono di dimensioni maggiori e le loro radici penetrano più profondamente nel substrato roccioso provocano più agenti atmosferici e formazione del suolo.

6. Fase degli alberi:

Il cambiamento dell'ambiente favorisce la colonizzazione delle specie arboree. Gli alberi iniziano a crescere tra gli arbusti e si stabiliscono. Il tipo di specie arboree che abitano l'area dipende dalla natura del suolo. In terreni poco drenati si stabiliscono le querce. Gli alberi formano la chioma e ombreggiano l'area.

Gli arbusti amanti dell'ombra continuano a crescere come vegetazione secondaria. La lettiera delle foglie e le radici in decomposizione rendono più resistente il terreno e vi aggiungono humus, rendendo l'habitat più favorevole alla crescita degli alberi. Fanno la loro comparsa muschi e felci e la popolazione di funghi cresce abbondantemente.

7. Fase culminante:

La successione culmina in una comunità culminante, la foresta. Molte fasi intermedie dell'albero si sviluppano prima dell'istituzione di una comunità climax. Il tipo di foresta dipende dalle condizioni climatiche. La vegetazione diventa finalmente mesofitica. Viene raggiunto uno stato stazionario tra l'ambiente e la comunità biotica. Il tipo di comunità climax dipende dal clima.

La foresta climax può essere:

(i) Foresta Climax Oak-Hickory:

In habitat secco querce e hickory sono vegetazione climax. C'è un solo stadio arboreo e le foreste sono caratterizzate dalla presenza di arbusti, erbe, felci e muschi.

(ii) Foresta Climax di faggio e cicuta:

Queste foreste climax si sviluppano in climi mesici. La vegetazione dominante è il faggio e la cicuta. Ci sono molti stadi intermedi dell'albero. Gli altri tipi di vegetazione includono erbe, felci e muschi.


Recensioni dei clienti

Recensioni con immagini

Migliori recensioni dagli Stati Uniti

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Sinceramente le recensioni su questo libro mi sorprendono davvero. Abbiamo dovuto prenderlo per Botanica e la maggior parte della classe ha convenuto che non era di grande aiuto.

Le informazioni sono obsolete e ovunque. Scriveva una frase che non aveva molto senso, e poi la ripeteva in diversi modi. e in qualche modo non spiegarlo mai. Alcune sezioni erano estremamente dettagliate su cose che non erano molto importanti. Altri erano incredibilmente vaghi su concetti difficili da capire.

Lo odiavamo tutti e abbiamo dovuto usare fonti esterne per capire il corso. Alla fine l'ho restituito e l'ho alato :/

È davvero frustrante quando stai imparando qualcosa e devi saltare avanti e indietro per organizzare i dettagli.

Spesso il libro spiegherà qualcosa, ma tutti i dettagli di quel processo saranno fuori posto e separati da più paragrafi. È davvero DAVVERO frustrante.

Leggere questo libro sembra di ascoltare una conversazione tra due esperti sull'argomento che saltano e intervengono, piuttosto che leggere spiegazioni attentamente pensate e organizzate.

Ricordo di aver trascorso un'INTERA GIORNATA e più fogli di carta cercando di ricostruire l'intero ciclo di vita dettagliato degli Ascomiceti come un pazzo con un filo rosso. NON avrebbe dovuto essere così difficile.

Migliori recensioni da altri paesi

Didaktisch ist das Buch sicher nicht mehr auf der Höhe der Zeit.
Die Schemazeichnungen und Abbildungen zur Molekularbiologie und Genetik etc. sind total veriltet und es hat den Anschein, man sieht sich ein 20 Jahre altes Buch an!

Positivo:
- Schemazeichnungen zu Pflanzen und deren Lebenszyklen sind die wohl besten, die es gibt. Die Fotos von Pflanzen und Gewebeschnitten dürften ebenfalls zum besten gehören, was der Botanik Buchmarkt hergibt.

negativo:
- Leider wird die Seitenzahl von 900 um ca 100 verfehlt, trotz Anhängen, die nicht durchnummeriert sind.

- Das Buch hat sehr viele Kapitel zu Molekularbiologie/Genetik und Zellbiologie, deren Abbildungen sich auf dt. Schulbuchniveau bewegen.
Wer wirklich in die molekulare Pflanzenbiologie einsteigen will, findet da wesentlich bessere Bücher am Markt!!

- Die Auswahl der Fotos erscheint wahllos und wenig geordnet. Es lässt sich ohne Lesen des Textes wenig System erkennen.

- Die Kapiteltexte und der Fluß im Buch erscheinen unübersichtlich.

- Es finden sich sehr viele Kapitel zu Einzellern, Pilzen ecc. Unter Botanik verstehe ich leider etwas anderes.

- Kapitel zu Agrarkultur usw. sind wenig ausführlich. Tutto ciò che è bewegt sich auf Schulbuchniveau!

FAZIT: Alles bewegt sich auf einem sehr allgemeinen Niveau. Wer etwas über Pilze wissen will, der sollte sich ein entsprechendes Buch holen. ecc. Was den eigentlichen Schwerpunkt des Buches ausmachen könnte, nämlich die Biodiversität der Pflanzen (Gymnospermen, Angiospermen) und Struktur, schwimmt hier leider nur in einem Mischmasch aus Allgemeinheiten mit. SCHADE! Denn die Fotos von Schnitten usw. sind 1A.
In der Regel sind amerikanische Lehrbücher weitaus besser, als deutschsprachige. Hier jedoch bleibt zu sagen, dass man z.B. mit einem Weiler (Allgemeine und molekulare Botanik) oder Lütte, Kluge, Thiel (Botanik - Die umfassende Biologie der Pflanzen)besser bedient ist, auch wenn beide Werke sehr molekularbiologisch belastet sind. Zusätzlich vielleicht der Strasburger, wer wirklich in Struktur usw. einsteigen volontà.

Fürs Grundstudium werden alle rilevantien Themen mit den großen Biobüchern wie dem Campbell abgedeckt. Wer es später genauer wissen will, sollte jeweils zu spezifischeren Büchern greifen!


Angiosperme

Crea un altro diagramma del ciclo di vita delle piante da seme che includa i seguenti termini: uova, embrione, fecondazione, megagametofito, megasporangio, megaspore, meiosi, microgametofito, microsporangio, microspore e zigote. Questo diagramma sarà usato come riferimento quando si osservano le strutture riproduttive delle angiosperme.

Parti di fiori

  1. Procurati un fiore monocotiledone come il giglio e individua le seguenti strutture: antera, filamento, stame, stigma, stilo, ovaio, pistillo, petali, sepali. Indicare la funzione di ciascuna di queste strutture.
  2. Rimuovere i petali, gli stami e il pistillo.
  3. Quanti petali sono presenti? Quanti sepali? Il giglio è un monocot o un eudicot? Elenca tre caratteristiche che possono essere utilizzate per distinguere tra monocotiledoni ed eudicotiledoni.

All'interno dell'ovaio

  1. Usa un bisturi per tagliare una fetta sottile di sezione trasversale dall'ovaio. Questo può essere fatto tagliando l'ovaio e quindi affettando una sezione sottile vicino al primo taglio. Utilizzare un microscopio da dissezione per determinare il numero di carpelli all'interno dell'ovaio. Identifica gli ovuli. Quali strutture sul diagramma del ciclo di vita si trovano all'interno degli ovuli?
  2. Visualizza una diapositiva preparata di un gametofito femminile maturo di giglio. Identifica il megagametofito, trova il megagametofito sul diagramma del ciclo di vita. Prova a trovare un uovo e dei nuclei polari.

La fotografia sotto mostra una cellula madre megaspore. Si dividerà per meiosi per produrre megaspore.

All'interno dell'antera

  1. Usa un bisturi per tagliare una sottile sezione trasversale di un'antera giglio e osservarla al microscopio da dissezione. Identificare il microsporangio. I granelli di polline sono visibili? Quali strutture sul diagramma del ciclo di vita sono contenute all'interno dell'antera?
    La meiosi avviene all'interno dell'antera per produrre microspore. Le microspore subiscono la mitosi per produrre microgametofiti (grani di polline).
  2. Se non sei riuscito a ottenere una buona visione di un'antera giglio nella dissezione sopra, guarda una diapositiva preparata di un'antera giglio c.s. e identificare il microsporangio e i grani di polline. Trova dove si trovano queste due strutture sul diagramma del ciclo di vita.
  3. Guarda una diapositiva di polline di giglio. identificare i due nuclei.
  4. Guarda le diapositive del polline germinato. Notare i tre nuclei all'interno dei tubi pollinici. Uno è un nucleo tubolare. Dirige la crescita del tubo pollinico. Gli altri due sono sperma.

Dopo la fecondazione: sviluppo embrionale

  1. Visualizza una diapositiva di a Capsella embrione precoce. Identificare il sospensore e i cotiledoni. è Capsella un monocot o un eudicot?
  2. Visualizza una diapositiva di a Capsella embrione maturo. Identificare i cotiledoni, la punta della radice in crescita (meristema apicale della radice) e la punta del germoglio in crescita (meristema apicale del germoglio).
  3. Procurati un seme di fagiolo che è stato immerso nell'acqua. Taglia il seme a metà in modo che ogni cotiledone sia visibile ed esaminalo usando un microscopio da dissezione. Identificare l'embrione.
  4. Procuratevi un mais che è stato ammollato nell'acqua e tagliatelo per il lungo. Utilizzare un microscopio da dissezione per identificare l'embrione, il cotiledone e l'endosperma.
  5. Osserva i fagioli e il mais in mostra che sono stati recentemente germinati. Identifica i cotiledoni sui fagioli. Riesci a vedere i cotiledoni sul mais? Riesci a identificare il coleottile?


Frutta

Le Angiosperme si distinguono dalle Gimnosperme in quanto i semi sono racchiusi in un rivestimento chiamato frutto.

Osserva i piselli. I piselli sono semi contenuti all'interno di un baccello (frutto).

Osservate il pomodoro a fette. È prodotto da diversi carpelli fusi. Riesci a vedere i carpelli? Quanti sono lì?

Osserva una fragola o una mora. Questi frutti sono formati da un unico fiore che conteneva molti pistali.

Osserva un ananas. Questo frutto è prodotto dalla fusione di molti fiori. Riesci a vedere ogni singolo frutto?


Pteridospermale: significato, classificazione e affinità | Semi

In questo articolo parleremo di Pteridospermales. Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere: 1. Significato di Pteridospermales 2. Caratteri generali di Pteridospermales 3. Classificazione 4. Affinità.

Significato di Pteridospermales:

Gli Pteridospermales sono popolarmente conosciuti come “semi-felci”. Possedevano foglie simili a felci, portavano semi e sono quindi chiamate pteridosperme. Apparvero per la prima volta sulla terra nell'Alto Devoniano, nell'era Paleozoica (Fig. 1.1). Erano al loro apice nel periodo Carbonifero e si estinsero nel periodo Giurassico dell'era Mesozoica.

I dettagli solo di poche piante fossili di questo ordine sono completamente noti e, pertanto, il presente resoconto si basa sui dettagli disponibili di parti separate poste sotto forma di forme-generi.

I membri di Pteridospermales della divisione Spermatophyta (piante da seme) assomigliano a Filicales (felci) di pteridophyta nella forma delle loro foglie grandi, solitamente multipennate e nella nervatura dei loro volantini. Sono stati trovati semi attaccati ad alcune di queste fronde simili a felci.

Per questo motivo è stato suggerito il nome Pteridospermae che indica un gruppo di piante che mostrano i caratteri sia delle felci che delle piante da seme. Chamberlain (1935) si oppose all'uso di questo nome e preferì chiamarlo Cycadofilicales a causa delle sue numerose somiglianze sia con Cycadales di gimnosperme che Filicales (felci) di pteridofite.

Contributi significativi allo studio di questo gruppo sono stati fatti da Stur (1883), Williamson (1887), Potonie (1899), Oliver e Scott (1903) e Kidston (1904). I sistemi Gondwana si sono formati nelle ere paleozoica e mesozoica.

Invece di Pteridospermales o Cycadofilicales, Sandra Holmes (1986) ha preferito nominare l'ordine come Lyginopteridales e ha collocato questo ordine nella classe Lyginopteridatae della sottodivisione Cycadophytina delle gimnosperme.

Caratteri generali di Pteridospermales:

1. Piante estinte del Paleozoico e del Mesozoico trovate dal Devoniano al Giurassico.

2. Le piante possedevano steli sottili con grandi foglie simili a fronde come in Alethopteris, Sphenopteris, ecc.

3. Lo xilema primario era il mesarca, rappresentato da protostele solide o medullate. Raramente, lo xilema primario era l'esarca. In alcuni membri è stata osservata anche una condizione polistelica.

4. Il legno secondario era manossilico (sciolto e tenero) e in quantità limitata.

5. Le pareti radiali dei tracheidi avevano fosse multiseriate.

6. La corteccia era ben sviluppata e aveva filamenti di fibre allineati longitudinalmente.

7. Le foglie erano solitamente simili a felci, relativamente grandi, composte da pennate, e spesso pennate più volte.

8. Le foglie erano ricoperte da una cuticola resistente.

9. Ovuli portati separatamente lungo i margini o sulla superficie di megasporofilli composti pennati.

10. La fronda o megasporofilla portatrice di ovuli non faceva parte di un cono.

11. I megasporofilli non erano disposti in strobili.

12. I megasporofilli erano come foglie di fogliame, o strutture specializzate, a volte peltate.

13. La microsporofilla è composta in modo pinnato e non negli strobili.

14. I microsporangi non avevano anello e talvolta erano raggruppati in sinangia.

15. Nel seme era presente un apporto vascolare ben sviluppato.

16. I semi erano anche dotati di una camera pollinica definita, ad es. Lagenostoma lomaxi.

17. I semi delle Pteridospermale somigliano a quelli delle attuali Cicadee.

Classificazione delle Pteridospermale :

Arnold (1948) divise Cycadofilicales nelle seguenti tre famiglie:

1. Lyginopteridaceae, ad es. Lyginopteris, Heterangium.

2. Medullosaceae, ad es. Medullosa

3. Calamopityaceae, ad es. Calamopitys.

Ma Sporne (1974) divise Pteridospermales (Cycadofilicales) nelle seguenti sette famiglie:

Sporne (1974) ha affermato che le prime tre famiglie (Lyginopteridaceae, Medullosaceae e Calamopityaceae) erano confinate all'era paleozoica mentre le ultime quattro (Glossopteridaceae, Peltaspermaceae, Corystospermaceae e Caytoniaceae) erano limitate al Mesozoico o estese dal tardo Paleozoico al Mesozoico.

Alcuni degli Pteridospermali sono mostrati in Fig. 4.1 e Fig. 4.2.

Affinità di Pteridospermales:

Pteridospermales (Cycadofilicales) può essere assegnato una posizione intermedia tra felci e Cycadophytes a causa delle loro numerose somiglianze con entrambi i gruppi. Ma per la presenza di semi esposti appartengono con certezza alle gimnosperme.

Alcune delle loro possibili affinità con felci e Cicadofite sono menzionate di seguito:

Somiglianze con le felci:

1. Foglie grandi e pennate.

2. Le foglie giovani sono arrotolate circinate.

3. Condizione di mesarca o raramente esarca. Anche le tracce fogliari sono mesarca.

4. Assenza di vasi nello xilema e cellule compagne nel floema.

5. La condizione polistelica di Medullosa assomiglia alle felci.

6. Gli sporangi erano portati sulle foglie del fogliame.

7. Tranne la presenza di legno secondario, l'anatomia vascolare del fusto è simile a quella delle felci.

8. Presenza di pareti spesse attorno alle megaspore.

Somiglianze con le Cicadofite:

Ci sono diverse caratteristiche comuni che si trovano sia nei Cycadales che nei Pteridospermales.

Di questi, alcuni sono sotto citati:

1. Il legno è manossilico sia in Cycadales che in Pteridospermales.

2. I canali della mucillagine sono presenti nella corteccia e nel midollo dello stelo sia delle cicadee che delle “felci semi”.

3. Un'estesa corteccia è presente nella maggior parte delle Cycadale e in alcune Pteridospermale (es. Medullosa).

4. Lo xilema centripeto è presente in alcune Cycadales e anche negli organi vegetativi di alcune “felci semi” o Pteridospermales.

5. I gameti o spermatozoi maschili sono multi-ciliati e mobili in entrambi i gruppi.

6. Sia in Pteridospermales che in alcuni Cycadales (es. Cycas), i megasporofilli rimangono disposti a spirale e in modo lasco, e non formano un cono compatto.

7. In Calymmatotheca gli ovuli rimangono attaccati sulle parti prossimali delle foglie e le loro regioni distali o apicali rimangono sterili.A tal proposito assomigliano ai megasporofilli di Cycas, in cui la parte superiore è sezionata, frondosa e sterile mentre la parte inferiore porta ovuli.

8. I semi di Lagenostoma lomaxi di Pteridospermales rimangono circondati da uno strato duro sassoso esterno e uno strato carnoso interno. Assomigliano in una certa misura ai semi delle cicadee.

9. Anche l'apporto vascolare degli ovuli delle cicadee e di alcuni Pteridospermali mostra una certa somiglianza tra loro.

10. Sia Cycadales che Pteridospermales possiedono foglie pinnately composte.


L'importanza delle piante da seme nella vita umana

La vita umana è diventata dipendente dalle piante per le qualità e gli sviluppi che forniscono, che includono la medicina e la produzione di cibo.

Obiettivi formativi

Spiegare l'importanza delle piante da seme per l'uomo

Punti chiave

Punti chiave

  • Fornendo gran parte dei valori nutrizionali di cui l'uomo ha bisogno, le piante da seme sono il fondamento delle diete umane in tutto il mondo.
  • Legno, carta, tessuti e coloranti sono solo alcuni esempi degli usi delle piante nella vita umana quotidiana.
  • Tradizionalmente, gli umani hanno anche usato le piante come specie ornamentali attraverso il loro uso come decorazioni e come ispirazione nelle arti.
  • Come fonti medicinali, le piante sono vitali per l'uomo, poiché molti farmaci moderni sono stati derivati ​​da metaboliti vegetali secondari anche le società antiche dipendevano da loro per le loro proprietà curative.
  • L'importante rapporto che le culture umane hanno sviluppato con le piante può essere studiato attraverso il campo dell'etnobotanica.

Parole chiave

  • etnobotanica: lo studio scientifico delle relazioni tra persone e piante
  • farmacognosia: la branca della farmacologia che studia le sostanze mediche estratte da fonti naturali, compresi i farmaci derivati ​​da piante ed erbe utilizzate per scopi medicinali
  • allevamento: l'allevamento del bestiame e la coltivazione delle colture agricoltura

L'importanza delle piante da seme nella vita umana

Le piante da seme vengono coltivate per la loro bellezza e i loro odori, nonché per la loro importanza nello sviluppo dei medicinali. Le piante sono anche il fondamento della dieta umana in tutto il mondo. Molte società mangiano, quasi esclusivamente, piatti vegetariani e dipendono esclusivamente dalle piante da seme per i loro bisogni nutrizionali. Poche colture (riso, grano e patate) dominano il paesaggio agricolo. Molte colture sono state sviluppate durante la rivoluzione agricola, quando le società umane sono passate da cacciatori-raccoglitori nomadi all'orticoltura e all'agricoltura. I cereali, ricchi di carboidrati, costituiscono la base di molte diete umane. Inoltre, fagioli e noci forniscono proteine. I grassi derivano dai semi frantumati, come nel caso degli oli di arachidi e di colza (colza) o di frutta come le olive. La zootecnia richiede anche grandi quantità di raccolti.

L'importanza delle piante per l'uomo: Gli esseri umani si affidano alle piante per una serie di motivi. (a) I semi di cacao furono introdotti in Europa dal Nuovo Mondo, dove furono usati dalle civiltà mesoamericane. In combinazione con lo zucchero, un altro prodotto vegetale, il cioccolato è un alimento popolare. (b) I fiori come il tulipano sono coltivati ​​per la loro bellezza. (c) Il chinino, estratto dagli alberi di china, è usato per curare la malaria, ridurre la febbre e alleviare il dolore. (d) Questo violino è di legno.

Le colture di base non sono l'unico alimento derivato dalle piante da seme. Frutta e verdura forniscono nutrienti, vitamine e fibre. Lo zucchero, per addolcire i piatti, è prodotto dalla canna da zucchero monocot e dalla barbabietola da zucchero eudicot. Le bevande sono fatte con infusi di foglie di tè, fiori di camomilla, chicchi di caffè frantumati o fave di cacao in polvere. Le spezie provengono da molte parti di piante diverse: lo zafferano e i chiodi di garofano sono stami e gemme, il pepe nero e la vaniglia sono i semi, la corteccia di un cespuglio della famiglia Laurales fornisce la cannella, e le erbe che insaporiscono molti piatti provengono da foglie e frutti essiccati, come come il piccante peperoncino rosso. Gli oli volatili di fiori e corteccia forniscono il profumo dei profumi. Inoltre, nessuna discussione sul contributo delle piante da seme alla dieta umana sarebbe completa senza la menzione dell'alcol. La fermentazione di zuccheri e amidi di origine vegetale viene utilizzata per produrre bevande alcoliche in tutte le società. In alcuni casi le bevande derivano dalla fermentazione degli zuccheri della frutta, come nei vini, e, in altri casi, dalla fermentazione dei carboidrati derivati ​​dai semi, come nelle birre.

Le piante da seme hanno molti altri usi, inclusa la fornitura di legno come fonte di legname per la costruzione, combustibile e materiale per costruire mobili. La maggior parte della carta deriva dalla polpa delle conifere. Le fibre delle piante da seme, come cotone, lino e canapa, sono tessute in stoffa. I coloranti tessili, come l'indaco, erano per lo più di origine vegetale fino all'avvento dei coloranti chimici sintetici. Infine, è più difficile quantificare i benefici delle piante da seme ornamentali. Questi abbelliscono gli spazi privati ​​e pubblici, aggiungendo bellezza e serenità alle vite umane e ispirando pittori e poeti allo stesso modo.

Le proprietà medicinali delle piante sono note alle società umane fin dall'antichità. Ci sono riferimenti all'uso delle proprietà curative delle piante negli scritti egiziani, babilonesi e cinesi di 5000 anni fa. Molti moderni farmaci terapeutici sintetici sono derivati ​​o sintetizzati de novo da metaboliti secondari delle piante. È importante notare che lo stesso estratto vegetale può essere un rimedio terapeutico a basse concentrazioni, diventare un farmaco che crea dipendenza a dosi più elevate e può potenzialmente uccidere ad alte concentrazioni.

Etnobotanica

Il campo relativamente nuovo dell'etnobotanica studia l'interazione tra una particolare cultura e le piante originarie della regione. Le piante da seme hanno una grande influenza sulla vita umana quotidiana. Non solo le piante sono la principale fonte di cibo e medicine, ma influenzano anche molti altri aspetti della società, dall'abbigliamento all'industria. Le proprietà medicinali delle piante sono state riconosciute presto nelle culture umane. Dalla metà del 1900, i prodotti chimici di sintesi iniziarono a soppiantare i rimedi a base vegetale.

La farmacognosia è la branca della farmacologia che si concentra sui farmaci derivati ​​da fonti naturali. Con la massiccia globalizzazione e industrializzazione, c'è la preoccupazione che gran parte della conoscenza umana delle piante e dei loro scopi medicinali scompaia con le culture che le hanno promosse. È qui che entrano in gioco gli etnobotanici. Per conoscere e comprendere l'uso delle piante in una particolare cultura, un etnobotanico deve introdurre la conoscenza della vita vegetale e la comprensione e l'apprezzamento delle diverse culture e tradizioni. La foresta amazzonica ospita un'incredibile diversità di vegetazione ed è considerata una risorsa non sfruttata di piante medicinali, ma sia l'ecosistema che le sue culture indigene sono minacciate di estinzione.

Per diventare un etnobotanico, una persona deve acquisire un'ampia conoscenza della biologia vegetale, dell'ecologia e della sociologia. Non vengono studiati e raccolti solo gli esemplari vegetali, ma anche le storie, le ricette e le tradizioni ad essi legate. Per gli etnobotanici, le piante non sono viste solo come organismi biologici da studiare in laboratorio, sono viste come parte integrante della cultura umana. La convergenza di biologia molecolare, antropologia ed ecologia rende il campo dell'etnobotanica una scienza veramente multidisciplinare.


ANGIOSPERME

Le angiosperme sono un gruppo di incredibile successo, che si irradia in tutto il mondo. Ci sono due segreti per il successo delle angiosperme: fiori e frutti. Oltre ad attirare le persone (l'industria floreale guadagna miliardi di dollari all'anno!) i fiori servono anche ad attirare gli impollinatori. Questo è un vantaggio rispetto alle gimnosperme che si affidano a una raffica di vento per trasportare il polline!

Un'altra innovazione chiave delle angiosperme è la frutta. I frutti sono dolci, deliziosi e al loro interno è nascosto tutto il materiale genetico per la prossima generazione di piante: il seme! È stato un marketing molto intelligente confezionare un carico così prezioso in un rivestimento esterno morbido, carnoso, dolce e quasi irresistibile per gli animali.

Quindi, come puoi vedere, le piante hanno dovuto subire una serie di cambiamenti strutturali e riproduttivi per adattarsi da uno stile di vita acquatico a uno terrestre. Ma tieni presente la tendenza generale nella diversità delle piante: un passaggio da piante dominanti gametofito nelle byrofite, a una fase intermedia evolutiva in cui la generazione dominante sporofita è dominante e la generazione gametofita è indipendente, a piante da seme in cui la generazione gametofita è così ridotto che dipende dallo sporofito per la sopravvivenza.


Guarda il video: POMEGRANATE, give birth to a seedling from the fruit at no cost (Agosto 2022).